水稻作为我国最重要的粮食作物，其稳定生产对国家粮食安全具有重要的战略意义。我国南方地区不仅是我国水稻的主产区，更是保障粮食供给的关键区域。然而，受成土母质、强降雨淋溶以及长期高强度农业利用的影响，该区域土壤普遍呈现酸化加剧的趋势^[1-2]。近年来，化学肥料尤其是氮肥的过量施用，进一步加速了土壤酸化进程。土壤酸化会引发铝、锰等有毒金属离子活化，抑制作物根系发育^[3]；导致钾、钙、镁等盐基离子淋失，造成土壤养分失衡^[4]；破坏土壤团粒结构，降低微生物活性，最终导致土壤肥力衰退与水稻产质量下降^[4-5]。面对这一严峻挑战，研发能够在缓解土壤酸化的同时提高水稻产量的绿色高效技术模式，已成为当前南方水稻产区亟待解决的重要科学问题与实践需求。

缓解土壤酸化，国内外研究者提出了两条主要的技术路径：一是源头“阻酸”，即减少化肥尤其是氮肥的投入^[6-7]；二是过程“控酸”，即通过施用改良剂来阻控酸化并提升肥效^[8]。在氮肥减量方面，研究证实，合理降低氮肥施用量是控制农田土壤酸化最直接、最根本的措施之一^[9-10]。佟德利和徐仁扣^[7]通过室内培养试验发现，减少氮肥用量可以降低土壤净硝化速率，从而从源头上减少H⁺的产生。然而，单一的氮肥减施在实践中常面临作物减产的风险，其技术推广在很大程度上依赖于与能保障养分供应的其他措施相结合。在土壤改良剂应用方面，腐植酸作为一种天然有机高分子聚合物，因其在改良酸化土壤方面的巨大潜力而备受关注。其作用机制主要体现在以下几个方面：首先，腐植酸分子结构中含有丰富的羧基(–COOH)、酚羟基(–OH)等官能团，可通过络合作用固定土壤中的活性H⁺和Al³⁺，并释放OH^–，从而直接提升土壤pH，缓解铝毒害^[11]；其次，腐植酸作为外源有机质，能显著提升土壤有机碳库，其多孔结构和巨大的比表面积有助于形成稳定的有机–无机复合体，改善土壤团粒结构，增强土壤酸缓冲性能，提高土壤保水保肥能力^[12-13]；再者，腐植酸能为土壤微生物提供优质的碳源，显著提高微生物生物量碳、氮含量，并促进细菌群落多样性与有益菌门增殖^[14]。此外，腐植酸还能通过与养分元素的络合、吸附作用，减少铵态氮的挥发与硝化，抑制土壤对磷、钾的固定，从而提高肥料利用率^[15]。

当前，尽管氮肥减量与腐植酸改良作为独立措施已被广泛研究，但二者在酸化水稻土中的协同机制尚不明确。因此，本研究在全国酸化治理重点县——浙江省缙云县开展田间试验，系统探究“减氮配施腐植酸”模式的综合改良效应。本研究的重点在于：①阐明该模式对土壤活性酸度与长期缓冲能力的协同提升效果；②揭示该模式通过调控微生物群落结构与酶活性，驱动有机质积累与养分转化的生物学过程；③明确上述土壤理化与生物学性质的改善对水稻产量形成的影响，最终为协同实现土壤酸化改良与粮食增产提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法 1.1 试验地概况

试验于2023—2024年在浙江省丽水市缙云县东方镇(28°74′19″N，120°16′98″E)进行。试验区属于典型的亚热带季风气候，年平均气温18.8 ℃，年均降水量1 739 mm。试验前耕作层(0~20 cm)土壤养分状况为：pH 5.12，全氮1.18 g/kg，速效钾120.3 mg/kg，有效磷19.52 mg/kg，有机质15.36 g/kg。

1.2 试验设计

田间试验采用随机区组设计，共设置3个处理：①CK，农户常规施氮量N 220 kg/hm²；②85%N，常规施氮量下减氮15%，即施氮量N 187 kg/hm²；③85%N+HA，常规施氮量下减氮15%+3 000 kg/hm²腐植酸基复合调理剂。其中，农户施用肥料为“浙农”复合肥料(浙江惠多利肥料科技有限公司生产)，N-P₂O₅-K₂O为15-15-15。调理剂为“土沃宝”(浙江丰瑜科技股份有限公司生产)，pH 10.5，有机质≥20.0%，腐植酸≥8.0%，CaO≥15.0%，MgO≥10.0%。土壤调理剂于2023年水稻移栽前(6月中旬)作为基肥一次性施入。各处理磷、钾养分统一由三元复合肥作基肥一次性供给，全生育期不再额外追施。氮肥分基肥、分蘖肥、穗肥3次施用，其中基肥占总氮60%，以复合肥带入；分蘖肥占总氮30%，穗肥占总氮10%，均以尿素为氮肥分次追肥。每个处理设3次重复，共计9个小区。各小区之间以30 cm宽田埂隔离，防止水肥串扰，四周设置1 m宽保护行，各小区具备独立灌排设施。试验过程中，病虫草害防治及水分管理严格按照当地农技人员推荐的方法实施，田间其他管理措施与当地生产保持一致。供试水稻品种为“甬优1540”(感温型籼型三系杂交稻，由浙江省宁波市农业科学研究院选育)，已在南方红黄壤地区广泛种植。试验期间，水稻分别于2023年6月21日与2024年6月21日进行育苗移栽，栽植密度为15×10⁴蔸/hm² (行株距26 cm× 25 cm)，并分别于2023年11月1日与2024年11月8日收获。

1.3 样品采集与测定 1.3.1 水稻产量及产量构成测定

于2023—2024年两个水稻生长季的成熟期，分别从每个小区收取1 m²的代表性样本进行实收测产(3次重复)，并同步连续采集10株水稻的穗部样品。所有样品经105 ℃杀青30 min、75 ℃烘干至恒重后，进行人工脱粒；随后统计单位面积穗数、每穗粒数及千粒重等农艺性状，最终折算得出理论产量。

1.3.2 土壤指标测定

于2024年水稻成熟期，在各小区按五点取样法采集耕作层(0~20 cm)土壤样品，混合均匀后构成一个代表性复合样，剔除石砾和植物残体后分为两份：一份置于通风阴凉处自然风干(定期翻动，确保均匀干燥)，经玛瑙研钵逐级研磨后，过100目尼龙筛(孔径0.15 mm)，装入密封袋避光保存，用于土壤pH、交换性氢(H⁺)、交换性铝(Al³⁺)和土壤交换性酸与养分测定；另一份置于–80 ℃冰箱冷冻保存用于土壤微生物测定。

各项土壤指标均参照鲁如坤的《土壤农业化学分析方法》^[16]进行测定。具体如下：pH采用玻璃电极法(土水质量比1∶2.5)测定；交换性H⁺与交换性Al³⁺采用氯化钾交换–中和滴定法测定，二者之和为土壤交换性酸含量；全氮采用凯氏定氮法测定；碱解氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用NaHCO₃浸提–钼锑抗比色法测定；速效钾采用醋酸铵浸提–火焰光度法测定；有机质采用重铬酸钾外加热法测定；可溶性有机碳通过去离子水浸提–TOC仪法测定；微生物生物量碳通过氯仿熏蒸–K₂SO₄浸提法测定；土壤团聚体粒级采用湿筛法测定；酸缓冲容量(β)采用酸碱滴定法测定^[17]；土壤酶活性使用TECAN酶标仪配合苏州梦犀生物医药科技有限公司的专用试剂盒进行测定。土壤总DNA使用Omega Bio-tek试剂盒(安诺伦北京生物科技有限公司)提取。以提取的DNA为模板，使用引物338F(ACTCCTACGGGAGGCAGCAG)和806R(GGACTACHVGGGTWTCTAAT)对细菌16S rRNA基因的V3~V4区进行PCR扩增^[18]。反应程序为：95 ℃预变性3 min；随后进行30个循环的变性(95 ℃，30 s)、退火(55 ℃，30 s)和延伸(72 ℃，45 s)；最后72 ℃终延伸10 min。扩增产物经FASTP (v0.20.0) 进行质控、FLASH (v1.2.7) 进行序列拼接后，使用UPARSE (v7.1)在97% 相似度水平下进行OTU聚类。物种注释则通过RDP classifier (v2.11)基于Silva (v138)数据库完成，置信度阈值设为70%。本部分测序与生物信息学分析工作均由上海美吉生物医药科技有限公司完成。

1.4 数据处理与分析

本文图表中所有数据均以“平均值±标准差”的形式表示。采用SPSS 27.0软件进行统计分析，首先通过Quantile-Quantile Plot(Q-Q图)与Shapiro-Wilk检验对数据进行正态性检验。对符合正态分布的数据，使用单因素方差分析(One-way ANOVA)结合Duncan多重比较法，检验各处理间差异的显著性(P < 0.05)。数据整理与图表绘制分别使用Excel 2021和Origin 2022完成。

2 结果与分析 2.1 不同处理对土壤酸度和缓冲性能的影响

由图 1可知，与CK处理相比，85%N+HA处理显著提高了土壤pH 0.17个单位，而85%N处理对pH无显著改善。在交换性酸组分方面，85%N+HA处理显著降低了土壤交换性酸、交换性H⁺和交换性Al³⁺含量，降幅分别为43.0%、51.6% 和38.5%；而85%N处理仅使交换性酸含量显著降低11.2%，对H⁺和Al³⁺含量影响不显著。

由图 2可知，在不同的酸添加量下，85%N+HA处理的土壤酸缓冲容量(β值)均表现出最优的持续稳定性。在0~5 mmol/kg酸添加范围内，85%N+HA处理的β值显著高于CK处理，而85%N处理略低于CK处理。随着酸添加量增加，85%N+HA处理的β值始终维持最高水平，85%N处理则持续最低。该结果表明，配施腐植酸可显著增强减氮条件下土壤的酸缓冲能力。

2.2 不同处理对土壤养分状况的影响

由图 3可知，各处理间土壤全氮含量无显著差异。在碱解氮方面，85%N+HA处理较CK处理提升8.1%，且显著高于85%N处理11.9%；而85%N处理碱解氮含量较CK处理略有下降。85%N+HA处理显著提高了土壤有效磷和速效钾含量，增幅分别为28.9% 和19.8%，而85%N处理对二者均无显著影响。可见，配施腐植酸能有效维持减氮条件下的土壤氮素供应，并显著提升磷钾养分有效性。

由表 1可知，85%N+HA处理显著提升了土壤有机质、微生物生物量碳和可溶性有机碳含量，较CK处理分别增加15.2%、30.0% 和21.3%，较85%N处理分别提升12.7%、23.0% 和16.2%；而85%N处理对各有机碳组分均无显著影响。

2.3 不同处理对土壤团聚体粒级的影响

如图 4所示，与CK处理相比，85%N处理使2~0.05 mm和0.05~0.002 mm粒级团聚体比例分别显著增加27.1% 和39.4%，使≤0.002 mm粒级团聚体比例显著降低19.2%；85%N+HA处理效果更为显著，2~0.05 mm粒级团聚体比例大幅增加140.2%，0.05~ 0.002 mm粒级团聚体比例增加35.5%，≤0.002 mm粒级团聚体比例降低42.7%。该结果表明，配施腐植酸能更有效地促进大粒径团聚体形成，优化土壤结构。

2.4 不同处理对土壤生物学性质的影响 2.4.1 酶活性

由表 2可知，与CK处理相比，85%N+HA处理显著提升了土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性，提升幅度分别为47.7%、28.2%、2.0% 和39.6%；85%N处理仅显著提高酸性磷酸酶活性(17.7%)，对其他酶活性无显著影响。该结果表明，配施腐植酸能更全面地激活土壤酶系统，增强养分转化能力。

2.4.2 微生物多样性

如表 3所示，所测序样本覆盖度(Coverage)均大于0.99，表明数据可靠性高。与CK处理相比，85%N+HA处理显著提高了土壤细菌的Shannon指数(4.9%)、ACE指数(31.6%)和Chao指数(31.7%)，且其Shannon指数值显著高于85%N处理。可见，减氮配施腐植酸能有效提升土壤细菌群落的多样性和丰富度。

2.4.3 微生物群落结构

由图 5可知，不同施肥处理显著改变了土壤微生物群落结构。在门水平上，各处理优势菌群均为绿弯菌门、假单胞菌门、酸杆菌门和拟杆菌门。与CK处理相比，85%N+HA处理显著改变了菌群组成，其中假单胞菌门相对丰度提升12.8%，绿弯菌门和酸杆菌门分别降低21.0% 和14.0%，而85%N处理对各菌门影响较小。该结果表明，配施腐植酸能特异性地促进假单胞菌门等有益菌群的增殖，优化微生物群落结构。

2.5 不同处理对水稻产量和经济效益的影响

如表 4所示，85%N+HA处理产量最高，较CK处理显著提高18.5%(两年平均值，下同)，较85%N处理显著提高12.9%；而85%N处理较CK处理增产4.9%，差异未达显著水平。产量构成分析表明，85%N+HA处理的增产主要源于穗数和穗粒数的提升，其中穗数和穗粒数分别较CK处理显著增加了5.01% 和11.2%，而千粒重在各处理间无显著差异。由此可知，配施腐植酸可通过增加穗数和穗粒数实现减氮条件下的水稻增产。

另外，85%N处理较CK处理平均增收882元/hm²，扣除成本变动后平均净收益增加1 315元/hm²；85%N+HA处理较CK处理平均增收3 374元/hm²，平均净收益增加1 557元/hm²。可见，85%N+HA处理尽管增加了调理剂的投入成本，但由于其显著的增产效果，平均净增收益较85%N处理高出242元/hm²，经济效益优势明显。

3 讨论 3.1 减氮配施腐植酸基复合调理剂可协同降酸与增强缓冲性能

本研究中，减氮15% 配施腐植酸调理剂(85%N+ HA)处理使土壤pH提升了0.17个单位，并大幅降低了交换性H⁺(降幅51.6%)和交换性Al³⁺(降幅38.5%)的含量。这一结果与南方酸化红壤性水稻土的相关研究结论相符^[19]，但本研究进一步揭示了其与传统石灰类改良剂在作用机理上的本质区别。本研究所用腐植酸基复合调理剂中CaO+MgO含量超过25%，表明其中含有一定量的无机碱性物质，这些碱性组分可通过酸碱中和反应对土壤酸度改良发挥重要的直接作用。然而，与传统石灰类材料主要依赖快速酸碱中和不同，该复合调理剂的优势在于腐植酸组分可提供额外的长期缓冲效能。生石灰等材料虽可快速提升pH，但效果难以持久，且存在复酸化风险^[20]。本研究观察到，85%N+HA处理在不同酸输入梯度下均表现出最优且稳定的酸缓冲容量，这凸显了腐植酸更为核心的长期调控机制。其作用机理可归结为三方面：首先，调理剂中的碱性物质可直接中和土壤中的酸性物质，快速提升pH并补充盐基离子；其次，腐植酸分子中富含的羧基与酚羟基等表面官能团，可通过质子化/去质子化反应发挥酸缓冲作用，这是腐植酸增强土壤酸缓冲性能的关键机制，同时，这些官能团还能通过络合作用直接固定土壤溶液中的活性H⁺和毒性Al³⁺，形成稳定的有机–铝络合物，从而从体系中直接去除致酸离子^[21-22]；再者，腐植酸作为有机胶体，能通过络合作用固持盐基离子，减缓其在多雨条件下的淋溶损失，从而为土壤提供持续的酸中和潜力^[23-24]。因此，减氮配施腐植酸构建的是一种基于“有机络合固定”与“盐基缓释补充”的双重缓冲机制，为实现土壤酸度的长期稳定恢复提供了更为可持续的解决方案。

3.2 减氮配施腐植酸基复合调理剂可增强土壤养分供应

在氮肥减量15% 的背景下，85%N+HA处理不仅维持了土壤碱解氮水平，甚至较单一减氮处理显著提升了11.9%。这一结果有力地证实了腐植酸在氮素管理中的“增效剂”角色。其机制可能包括以下方面：一方面，腐植酸基复合调理剂本身含有少量的氮、磷、钾养分，可为土壤直接提供一定的养分补充。另一方面，腐植酸可通过其巨大的比表面积和表面电荷物理吸附NH₄⁺，减少氨挥发^[25]；同时，其生物活性可部分抑制硝化细菌的活性，从而延缓铵态氮向硝态氮的转化，减少硝化过程中H⁺的释放以及NO₃^–的淋失^[15]，这与前人关于腐植酸固持氮素的报道一致^[26]。对于磷和钾元素，85%N+HA处理使土壤有效磷和速效钾含量分别较常规施肥处理显著增加28.9% 和19.8%，效果远优于单一减氮处理。这更进一步验证了腐植酸在活化与固持养分方面的双重功能：在磷活化方面，腐植酸阴离子可与土壤固磷组分(如铁、铝氧化物)竞争吸附位点，甚至通过络合反应溶解部分固定态磷，促使其向有效态转化^[27]；在钾固持方面，腐植酸通过提升土壤阳离子交换量及其本身的负电性进而有效吸附K^+[28]。本研究结果为腐植酸提高养分利用效率的多路径机制提供了有力的田间实证。

3.3 减氮配施腐植酸基复合调理剂可改善土壤微生物群落结构和多样性

本研究中，85%N+HA处理显著优化了土壤团聚体组成，使大粒径团聚体(2~0.05 mm)比例激增140.2%，而黏粒级团聚体(≤0.002 mm)比例显著降低。这与有机肥投入改善团聚体结构的研究结论^[29]相吻合，并明确了腐植酸作为天然有机胶结剂的核心作用——通过氢键、阳离子桥、范德华力等多种机制与土壤矿物及微生物分泌物相互作用，驱动微团聚体向大团聚体的胶结与稳定^{[13, 29-30]}。改良后的团聚体结构为微生物创造了更适宜的栖息微环境，这直接体现在85%N+HA处理下微生物生物量碳和可溶性有机碳含量分别显著增加30.0% 和21.3%。这表明腐植酸作为优质外源碳源，有效激发了微生物的活性与繁殖^[31]。在土壤酶活性方面，85%N+HA处理蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性分别提升了47.7%、28.2% 和39.6%，这与前人结果相互印证^[32]。本研究通过高通量测序进一步揭示，85%N+HA处理显著提高了土壤细菌的Shannon指数和ACE指数，这与化肥减量配施腐植酸可提升微生物多样性的发现^[14]一致。更值得注意的是，85%N+HA处理特异性地提高了假单胞菌门(相对丰度增加12.8%)等具有碳氮循环与溶磷功能的有益菌群的丰度^[33-34]。这表明，该模式不仅普遍提升了微生物的多样性与丰度，更有针对性地塑造了服务于土壤肥力提升的功能性群落结构。

3.4 减氮配施腐植酸基复合调理剂通过优化土壤微环境实现水稻增产

本研究连续两季的产量数据表明，85%N+HA处理使水稻产量较CK处理显著提高18.5%。同时经济效益分析表明，85%N+HA处理的两年平均净收益均高于85%N和CK处理，表明配施调理剂处理的综合经济回报优于单一减氮处理。这一发现与其他作物体系，如北疆玉米^[35]与新疆棉花^[36]在减氮背景下配施腐植酸获得增产的结果相呼应，证实了该模式的普适潜力。其增产机制主要归因于：在减氮背景下，腐植酸的引入有效缓解了酸化土壤的铝毒胁迫，为根系生长发育创造了健康的土壤环境^[11]；同时，该模式提升并稳定了土壤的养分供应能力，特别是在水稻幼穗分化与籽粒灌浆的关键时期，保障了光合产物与矿质营养向穗部的高效转运^[37]。本研究中，85%N+HA处理下穗数与穗粒数的显著增加，正是土壤障碍消减与养分供应优化最直接的生理体现。此外，该处理在第二年未追加调理剂投入的情况下仍保持了显著的增产效果和正向净收益，表明腐植酸基复合调理剂对土壤的改良效应具有一定的持续性，这将进一步提升其长期经济效益。

4 结论

减氮配施腐植酸土壤调理剂通过“化学降酸–物理培肥–生物激活”的多路径协同机制，有效破解了南方酸化水稻土治理中减肥与增产的矛盾。该技术模式不仅能中和土壤活性酸、增强土壤酸缓冲性能，还能通过优化土壤团聚体结构、激活微生物群落功能和提升酶活性，构建健康的土壤微生态系统。在减氮条件下，该模式仍能维持土壤氮素供应，显著提升磷钾有效性，并主要通过增加穗数和穗粒数实现水稻增产，可为南方酸化稻田治理提供可行技术方案。但鉴于本研究试验周期与范围的限制，建议后续重点开展长期定位观测，并在不同酸化程度及不同土壤类型区验证该技术的适用性，同时深化对水稻地上部生理机制的研究。